粘連劑粘接工藝

1、第2章 粘接技術(shù) 在粘接技術(shù)中如果要獲得良好的粘接效果，首先要求如下的三個良好條件：粘接接頭的設(shè)計膠粘劑的選用粘接工藝的實施。P2.1 粘接接頭的設(shè)計接頭在實際應(yīng)用中的受力分析接頭在實際應(yīng)用中的受力分析 一個好接頭與粘接強度密切相關(guān)。首先是受力方向和接頭之間的關(guān)系，粘接接頭在實際的工作狀態(tài)中其受力主要有下列幾種基本類型：剪切、均勻扯離、不均勻扯離和剝離。 實驗證明一般情況下，膠粘劑承受剪切和均勻扯離的作用能力比承受不均勻扯離和剝離作用的能力大得多。P200(1)剪切 外力平行于粘接面。這種受力形式的接頭最常用，因為它不但粘接效果好而且簡單易行，易于推廣應(yīng)用。(2)均勻扯離 有時也稱為拉伸。作用

2、力垂直作用在粘接平面，應(yīng)力均勻分配。高強度結(jié)構(gòu)膠拉伸強度可達到58.8MPa。(3)不均勻扯離 均勻扯離在實際使用中是很難碰到的，一旦外力方向偏斜，就產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，主要集中在邊緣的區(qū)域內(nèi)，接頭容易破壞。這種類型的接頭，其承載能力很低，一般只有理想的均勻扯離強度的110左右。 (4)剝離或撕離 兩種薄的軟質(zhì)材料受扯離作用時，稱為撕離；兩種剛性不同的材料受扯離作用時，稱為剝離。粘接試件受扯離作用時，應(yīng)力集中在膠縫的邊緣附近，而不分布在整個粘接面上，這種情況稱為剝離或撕離。高強度環(huán)氧膠實驗 鋁合金搭接接頭，剪切強度很高，但橫向負載能力不高。這樣接頭就不能用在受橫向負載較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。 粘接玻

3、璃鋼、板材，剪切強度比較低，搭接接頭是不合適。 粘接車刀、鉆頭等受力大的部件，采用簡單的平面對接，即使是高強度結(jié)構(gòu)膠粘劑，剪切強度達49MPa，仍然要失敗。 如改變接頭形式，采用套接、嵌接等使應(yīng)力的很大部分由金屬被粘物本身去承擔，就可能成功。如圖。例子接頭設(shè)計的基本原則 （1）膠粘劑的拉伸剪切強度較高，設(shè)計接頭盡量承受拉伸和剪切負載。板材搭接接頭承受剪切負載的是比較理想的。保證粘接面上應(yīng)力分布均勻，盡量避免剝離和劈裂負載。剝離和劈裂破壞通常是從膠層邊緣開始，在邊緣處采取局部加強或改變膠縫位置的設(shè)計都是切實可行的。最理想的辦法是各種局部的加強。如平面粘接的防剝措施如圖24所示。接頭設(shè)計的基本原則

4、 （2）在允許的范圍內(nèi)，盡量增加粘接面的寬度(搭接)。增加寬度能不增大應(yīng)力集中系數(shù)的情況下增大粘接面積，提高接頭的承載力。木材或?qū)訅褐破返恼辰右乐箤娱g剝離。在承受較大作用力的情況下，如果采用粘掊，可采用復式膠粘劑的選擇美觀，利于加工 P202常用的幾種接頭形式 （1）平板接頭的形式 幾種接頭相對強度比較 常用的幾種接頭形式 （2）角接和T型接頭形式 常用的幾種接頭形式 （3）管材、棒材接頭形式 2.2 膠粘劑的選擇不存在能滿足所有材料，所有應(yīng)用條件的萬能膠粘劑。判定哪些性能或條件是最重要的，哪些是不那么重要的。只有了解粘接件所要求的全部信息以及粘接條件，才能決定選哪種膠粘劑，或是設(shè)計和制造一

5、種新膠粘劑，或是不能采用膠粘劑。P177選擇膠粘劑的因素 （1）被粘物材料的種類、性質(zhì)、大小和硬度；（2）被粘物的形狀結(jié)構(gòu)和工藝條件（致密/多孔，新/舊表面，形狀復雜）；（3）膠接件使用環(huán)境（承受的負荷和形式，溫濕度，酸堿，光照，氣體，耐久性）；一般熱固性膠黏劑強度較高。（4）特殊要求如導電、導熱、耐高溫和耐低溫；（5）成本（低檔/尖端產(chǎn)品，強度件/功能件，機械化）P179被粘物材料的性質(zhì)特點（1） 金屬：表面氧化膜處理后，容易膠接；線膨脹系數(shù)相差大；膠接部位因水作用易產(chǎn)生電化學腐蝕。 （2） 橡膠、塑料：極性越大，膠接效果越好。表面往往有脫模劑或其它游離出的助劑，妨礙膠接效果。 （3） 木材

6、：屬多孔材料，易吸潮，引起尺寸變化，可能因此產(chǎn)生應(yīng)力集中。拋光比表面粗糙的木材膠接性能好。 （4） 玻璃：微觀表面是凹凸不平，膠粘劑濕潤性要好；si-o-表面層易吸附水；玻璃極性強，極性膠粘劑易與表面發(fā)生氫鍵結(jié)合，形成牢固粘接。玻璃易脆裂而且又透明。 P膠黏劑的特點1-強度膠粘劑膠粘劑抗剪抗剪 抗拉抗拉 剝離剝離 繞曲繞曲 扭曲扭曲 沖去沖去 蠕變?nèi)渥?疲勞疲勞Epoxy環(huán)氧環(huán)氧0#*0*酚醛樹脂酚醛樹脂0#*0*氰基丙烯酸酯氰基丙烯酸酯0#*0*有機硅樹脂有機硅樹脂*#000*0熱固熱固+熱塑（橡熱塑（橡膠）膠）000000000 良好， # 中等， * 差。 P膠黏劑的特點2-耐熱最高耐熱

7、最高耐熱溫度溫度膠粘劑膠粘劑最高耐最高耐熱溫度熱溫度膠粘劑膠粘劑800-1000無機無機315有機硅有機硅540聚苯并咪唑聚苯并咪唑（短時）（短時）260酚醛酚醛-環(huán)氧環(huán)氧480聚酰亞胺聚酰亞胺（短時）（短時）200酚醛酚醛-丁晴丁晴環(huán)氧環(huán)氧-酸酐酸酐400酚醛樹脂（短時）酚醛樹脂（短時）150環(huán)氧環(huán)氧-胺胺360聚苯并咪唑聚苯并咪唑聚酰亞胺聚酰亞胺80熱熔型熱熔型環(huán)氧環(huán)氧-尼龍尼龍 耐高溫膠粘劑通常具有剛性的高分子結(jié)構(gòu)，很高的軟化溫度和穩(wěn)定的化學基團。 P膠黏劑的特點3-低溫超低溫膠粘劑在液態(tài)氫和室溫下的強度比較超低溫膠粘劑在液態(tài)氫和室溫下的強度比較膠粘劑類型膠粘劑類型拉伸剪切強度（拉伸剪切

8、強度（MpaMpa） T T剝離強度（剝離強度（kN/MkN/M）-253-253C C室溫室溫-253-253C C室溫室溫聚氨酯聚氨酯51.751.710.310.312.312.33.53.57.07.0尼龍尼龍環(huán)氧膠模環(huán)氧膠模24.824.834.534.50.700.7018.218.2環(huán)氧尼龍膠粘劑在-73c的低溫范圍強度最高，尼龍柔性； 在液氮溫度(-196C)時，與聚氨酯相差很?。?在液態(tài)氫溫度(-253c)下，新型聚氨酯膠粘劑強度最高。環(huán)氧酚醛的低溫強度和高溫性能都相當好。酚醛縮醛膠粘劑低溫強度較高，但其強度隨溫度降低而減小。 P膠黏劑的特點4-濕氣和浸水 濕氣通過兩種方式影

9、響粘接強度。水解喪失強度和硬度，嚴重時液化，尤其是聚氨酯；水還會滲入膠層，取代粘接界面的膠粘劑，普通存在。 水解的速率取決于膠粘劑基料的化學結(jié)構(gòu)、催化劑類型、用量、以及膠粘劑的柔性。 酯、氨酯、酰胺和脲，能被水解。酯鍵水解速率最快。在大多數(shù)情況下，以酰胺固化的環(huán)氧樹脂的水解穩(wěn)定性比酸酐固化的好。P當幾種化學成分完全不同的膠粘劑，都可以滿足一種粘接接頭的物理性質(zhì)方面的要求時，要注意，額外的增益常常是犧牲了另外性質(zhì)的結(jié)果，或者增加了成本。不要超規(guī)格使用有粘劑，因為片面的追求高指標，將有可能導致粘合件的可靠性不足。實踐是檢驗真理的唯一標準2.3 粘接工藝 選定了合適的膠粘劑，制備了可靠的粘接接頭，還

10、需有合理的粘接工藝，才能實現(xiàn)最后的粘接目的。 粘接工藝與粘接質(zhì)量關(guān)系極大，雖然比較簡單，卻是粘接成敗的關(guān)鍵。 粘接工藝包括粘接件表面處理、膠粘劑的調(diào)配、涂膠、固化、清理、檢查等步驟。一、被粘接材料的表面處理定義： P215作用主要有三個方面： 去污及疏松質(zhì)層；提高表面能；增加表面積。具體包括：P218 表面清洗、機械處理、化學處理、偶聯(lián)劑處理表面清洗、機械處理、化學處理、偶聯(lián)劑處理等過程 根據(jù)要求，采取全過程，也可采取其中一、兩個。P214 表面清洗表面清洗： 除去油垢和灰塵等。P218 金屬粘接件常帶有油層和污垢。 有機溶劑(汽油、丙酮等)清洗; 堿洗（金屬鋁鎂） 機械處理：除銹機械處理：除

11、銹 噴砂、鋼絲刷、砂紙打磨、化學除銹P224 化學處理：化學處理：強度要求高的情況，或者難粘的材料。P2301）金屬表面常用化學法（酸蝕去銹、鉻酸氧化等）處理；重要的鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)件的被粘表面，需用陽極氧化法處理；2）氟塑料等難粘材料表面，可采用化學溶液侵蝕法、輻射接枝、等離子法處理、火焰處理等。二、膠粘劑的涂布P241-P243刷涂法：方便，不精確，不能流水作業(yè)，最常用輥涂法：生產(chǎn)效率高噴涂法：均勻，薄層；黏度要低，有溶劑。 采用靜電場噴涂可節(jié)省膠粘劑和改善勞動條件。流涎；浸膠；刮涂；注入：膠膜一般用手工敷貼，采用熱壓粘貼可以提高貼膜質(zhì)量。注意控制：涂膠量和涂覆遍數(shù)，膠層厚度，均勻，適時粘接。三、

12、膠粘劑的固化-概念定義定義P247 硫化硫化 凝膠、完全固化凝膠、完全固化三大條件：壓力、溫度、時間三大條件：壓力、溫度、時間固化方法分兩種：室溫固化法是將膠粘劑涂布于被粘表面，待膠粘劑潤濕被粘物表面并且溶劑基本揮發(fā)后，壓合兩個涂膠面即可。加熱固化法是將熱固性樹脂膠粘劑（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛丁腈、環(huán)氧尼龍等膠粘劑）涂布于被粘表面上，待溶劑揮發(fā)后疊合涂膠面，然后加熱加壓使膠粘劑交聯(lián)固化以達到粘接目的。 加熱固化時，必須嚴格控制膠縫的實際溫度，保證滿足膠粘劑固化溫度要求。三、膠粘劑的固化-溫度三、膠粘劑的固化-溫度注意事項P250慢升溫、分段；勿過熱；慢冷卻；凝膠后再加熱。工業(yè)上常用的固化設(shè)備

13、有三種：P251熱壓機，由加熱平板傳遞壓力和熱量，用于平面零件；熱壓罐，由空氣傳遞熱量和壓力，適用于大型復雜制品；固化專用夾具，適用于特定部件的粘接固化。 烘箱、紅外、高頻電三、膠粘劑的固化-壓力意義：意義：使膠粘劑更容易充滿被粘體表面上的坑洞，甚至流入深孔和毛細管，滲透、潤濕，減少粘接缺陷。促使被粘體表面上的氣體逸出，減少粘接區(qū)的氣孔。 施膠更均勻適用范圍：適用范圍：P252 低分子量、無副產(chǎn)物膠，接觸壓力 溶劑型、有副產(chǎn)物，0.10.5MPa 膜狀、粉狀熱熔膠，0.30.5MPa三、膠粘劑的固化-壓力 對粘度較小的膠粘劑，加壓時會過度地流淌，應(yīng)待粘度較大時再施加壓力。 對較稠的或固體的膠粘

14、劑，必需施加壓力。常需適當升溫，以降低膠粘劑的稠度或使之液化。例如，絕緣層壓板的制造、飛機旋翼的成型都是在加熱加壓下進行。注意事項P252，加壓方式 大小合適 加壓均勻 凝膠后施壓 固化時間溫度對環(huán)氧膠強度的影響固化條件固化條件三乙烯四胺三乙烯四胺二甲胺基代丙胺二甲胺基代丙胺固化溫度固化溫度C25951454095145固化時間固化時間3天天15天天30分分30分分16H16H5H30分分強度強度Mpa8.211.922.424.24.95.922.828.6三、膠粘劑的固化-時間時溫等效P253整修、拆膠P255包括目測、破壞性試驗（主要是力學性能測試）和無損檢驗。力學性能測試，是對粘接件重

15、要的檢驗。對工藝控制試樣和制品抽樣考核。包括： 粘接基本性能(拉伸、剪切、剝離、沖擊及疲勞強度等) 使用性能（耐介質(zhì)、高低溫交變、加速老化及耐候性能等） 作承力結(jié)構(gòu)的粘接件還需進行多種靜、動力承載試驗 （張力場、軸壓穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)振動及疲勞壽命等）無損檢驗，即用儀器探測粘接接頭質(zhì)量缺陷的方法。 利用聲阻儀、諧振儀和渦流聲儀的聲振檢驗法，全息照相法，X射線照相法，超聲檢驗法，熱學檢驗法等。四、粘接工藝控制-檢驗 粘接工藝質(zhì)量很難從外觀判斷，關(guān)鍵在于加強全面工藝過程管理，控制影響粘接質(zhì)量的一切因素，其中包括： 粘接環(huán)境條件控制（溫度、濕度、含塵量等）； 膠粘劑質(zhì)量控制（復驗、存放及使用管理等）； 測量

16、儀器及設(shè)備控制（壓力儀表，固化設(shè)備等）； 粘接工序控制。四、粘接工藝控制 粘接部位在使用中所發(fā)生的破壞現(xiàn)象是對粘接質(zhì)量的最終檢驗。應(yīng)選擇合理的粘接工藝，盡量實現(xiàn)內(nèi)聚破壞或被粘物破壞P282五、 粘接增強措施機械加固纖維增強P263消除內(nèi)應(yīng)力固化交聯(lián)P271納米材料、晶須等新材料P271-272接頭設(shè)計P265-266表面處理P270膠黏劑進行改性等辦法增強粘接效果。 膠黏劑改性(1)增加橡膠型膠粘劑的強度，通常采用的辦法是引入極性基團或者加入極性較大的樹脂。 例如，天然橡膠或丁苯橡膠膠粘劑可以通過橡膠的氯化，使粘接強度大大提高；在氯丁橡膠膠粘劑中添加45的叔丁基酚醛樹脂后，對棉帆布的粘接強度可

17、提高40270。(2)對酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等脆性膠粘劑來說，增加粘接強度的辦法是減小內(nèi)應(yīng)力，或者增加韌性。 例如 a、 改性環(huán)氧樹脂柔韌性：環(huán)氧-聚硫環(huán)氧-聚酰胺環(huán)氧-胺固化劑； b、 改性酚醛柔韌性：酚醛-聚酰胺酚醛-聚醋酸乙烯酯酚醛-環(huán)氧； 橡膠改性酚醛因剝離強度高，很有使用價值，但剪切強度相對低些。膠黏劑改性機械加固-復合連接形式 膠鉚和膠螺 兩種類型： 先膠后鉚或螺。接頭強度較高，但應(yīng)選柔韌性較好的膠粘劑。 先鉆好孔，粘接后再鉚接，最后固化。這時不需另加壓，位置準確。但膠層的厚薄不易控制。 P259兩種類型： 先涂膠后點焊。對膠要求較低（用固化時無須加壓的） 先點焊后灌膠。對膠的要求較

18、苛刻（粘度低，又不能太低）膠焊復合連接工藝近幾年來發(fā)展很迅速，特別在航空工業(yè)更為突出，由于這種工藝對膠粘劑的特殊要求，致使又發(fā)展了一類新膠種-點焊膠。膠焊復合連接 測試結(jié)果：點焊44.1MPa粘接63.7MPa粘接點焊73.5MPa復合連接方式其連接接頭強度絕不是兩個連接強度的簡單疊加。如圖，點焊試樣比單純點焊有更高的疲勞強度。 內(nèi)應(yīng)力使膠接強度和耐久性下降。產(chǎn)生的原因： 1、收縮應(yīng)力：膠粘劑固化時，因揮發(fā)、冷卻和化學反應(yīng)而體積發(fā)生收縮，引起收縮應(yīng)力。2、熱應(yīng)力：膠粘劑和被粘物的熱膨脹系數(shù)不同，溫度的變化將引起熱應(yīng)力。3）在老化過程中膠層吸水而發(fā)生溶脹，在不連續(xù)處將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生P268（1）零收縮粘接，或使膠粘劑的熱膨脹系數(shù)接近于被粘物（2）加入增韌劑，降低固化收縮應(yīng)力。（3）加入無機填料。（4）選擇較低的固化溫度，降低反應(yīng)活性。（5）固化后緩慢冷卻，采用后固